В Омега Центавра найдена черная дыра с рекордным периодом обращения

Омега Центавра — шаровое скопление, содержащее около десяти миллионов звезд, связанных гравитацией, и удаленное от Земли на 18 тысяч световых лет. В его центре предполагается черная дыра промежуточной массы, но, кроме того, теоретические модели предсказывали присутствие примерно десяти тысяч черных дыр звездной массы, образовавшихся после взрывов массивных звезд.

Однако многолетние поиски с использованием методов радиальных скоростей и рентгеновского излучения не давали результатов.

Американская группа астрономов под руководством Мэттью Уитакера из Университета Юты применила астрометрический подход — точное измерение перемещений звезд на небесной сфере. Они обработали архивные данные космического телескопа «Хаббл» за 2002–2023 годы и дополнили их свежими наблюдениями «Джеймса Уэбба» в ближнем инфракрасном диапазоне, что существенно повысило точность.

В итоге ученые зафиксировали звезду с необычной траекторией: она явно взаимодействовала с невидимым массивным объектом, который по своим характеристикам не мог быть ничем иным, кроме черной дыры. Этот объект назвали oMEGACat BH-2 — первая черная дыра звездной массы, обнаруженная в Омега Центавра.

Детальный анализ раскрыл неожиданные параметры. Видимая звезда-компаньон имеет массу 0,78 солнечной, а масса самой черной дыры составила 4,46 солнечных масс. Такая величина исключает нейтронную звезду (она была бы легче), но оказывается аномально низкой для столь бедной металлами среды, как Омега Центавра, где обычно формируются более массивные черные дыры.

Орбитальный период системы — 94 года, что является рекордным среди всех известных двойных систем, содержащих черную дыру. Это также указывает на динамическое происхождение: звезда и черная дыра, вероятно, не родились вместе, а встретились в плотном скоплении. Расчеты показывают, что такая пара просуществует менее миллиарда лет, тогда как возраст самого скопления оценивается в 12 миллиардов лет.

«Точность этих измерений поразительна — вплоть до долей пикселя на детекторах телескопов, — отмечает Уитакер. — Без совместной работы «Хаббла» и «Уэбба» это открытие было бы невозможным». Открытие имеет большое значение для астрофизики: понимание популяций черных дыр в шаровых скоплениях критически важно для интерпретации сигналов гравитационных волн. Именно в таких плотных средах, как Омега Центавра, двойные черные дыры могут сливаться, порождая волны, регистрируемые наземными детекторами.

«Нам необходимо разобраться в формировании черных дыр и динамическом образовании двойных систем, поскольку это напрямую влияет на нашу интерпретацию гравитационно-волновых событий», — поясняет соавтор Анил Сет.

Исследователи намерены продолжить поиски как в Омега Центавра, так и в других скоплениях. Особые надежды они возлагают на будущий телескоп «Нэнси Грейс Роман», который будет наблюдать плотные области галактического балджа с разрешением, аналогичным «Хабблу», но с гораздо большим полем зрения. Это позволит находить подобные системы значительно чаще. Статья опубликована в The Astrophysical Journal Letters.